Режимы сварки: ток, напряжение, скорость, вылет, газ, полярность, погонная энергия и подогрев

Что такое режим сварки

Режим сварки — это значения параметров, при которых получается нужный шов: с проваром на всю требуемую глубину, нужной формы и без дефектов. Основные параметры дуговой сварки — сварочный ток, напряжение дуги, скорость сварки. Для сварки в защитном газе к ним добавляются вылет электрода, расход газа и полярность.

Параметры связаны друг с другом. Поменяли один — меняется форма шва, а иногда и другой параметр. Настройку меняют небольшими шагами и смотреть на поведение ванны, вид шва и звук дуги. Но подбирают режим на пробных пластинах, а на изделии варят уже по готовому режиму.

Ток и скорость подачи проволоки

Сварочный ток определяет, сколько тепла дуга отдаёт кромкам и электроду. Чем больше ток, тем глубже **провар**; при меньшем токе провар меньше. Ток подбирают по толщине металла, типу соединения и положению шва: толстому металлу нужен больший ток, тонкому — меньший.

В TIG и MMA ток выставляют на источнике. В полуавтомате (MIG/MAG) ток отдельной ручкой обычно не задают. У большинства таких источников постоянное напряжение, а ток определяет скорость подачи проволоки. Быстрее подача — больше ток, больше тепла и больше наплавленного металла.

Слишком малый ток даёт непровар и несплавление. Слишком большой — прожог тонкого металла и перегрев. Про дефекты и их причины — в уроке «Дефекты и контроль швов».

Напряжение дуги

Напряжение задаёт длину дуги: выше напряжение — длиннее дуга и шире конус дуги. Как напряжение влияет на форму шва:

• слишком высокое — шов плоский, иногда вогнутый, у кромки появляется **подрез**: канавка в основном металле, не заполненная швом;
• слишком низкое — шов узкий и горбатый, много брызг, металл может лечь на кромку, не сплавившись с ней (наплыв).

Напряжение на дуге бывает ниже, чем на табло. При длинных сварочных кабелях часть напряжения теряется в них. Например, источник выставлен на 25 В, а у дуги — 23 В, и шов получается как при заниженном напряжении. Если шов «холодный» при правильной настройке, проверьте кабели и контакты.

Скорость сварки

Скорость сварки — с какой скоростью дуга идёт вдоль шва. От неё зависит, сколько тепла и металла получит каждый миллиметр шва:

• слишком медленно — тепла много, шов широкий, а провар может оказаться недостаточным;
• слишком быстро — шов узкий, плохо сплавлен с кромками по краям.

Главное — ровная скорость: даже при неизменных настройках источника неровная скорость меняет тепловложение по длине шва. Для металлов, чувствительных к теплу, например алюминия, быстрая сварка снижает тепловложение и риск прожога.

Вылет электрода

Вылет электрода — длина проволоки от торца токоподводящего наконечника до дуги. Это та проволока, которую сварщик видит перед соплом. Для роботов и автоматов пользуются близким понятием — расстояние от наконечника до изделия.

Вылет работает как сопротивление. У источника с постоянным напряжением длиннее вылет — больше сопротивление проволоки и меньше ток дуги; короче вылет — ток растёт. Значит, вместе с вылетом гуляет и провар. Кроме того, при длинном вылете хуже газовая защита и возможна пористость.

Ориентиры для полуавтоматической сварки: при переносе короткими замыканиями вылет 10–12 мм, при струйном и импульсном переносе — 19–25 мм. Держать вылет постоянным — один из главных навыков сварщика полуавтоматом.

Расход защитного газа

Защитный газ вытесняет воздух из зоны сварки. Расход выставляют по расходомеру на редукторе — в литрах в минуту. Ориентиры из руководства по сварке MIG/MAG: при переносе короткими замыканиями — около 12–14 л/мин, при капельном и струйном переносе — около 17–24 л/мин. Для проволоки толще 1,6 мм и для гелия расход нужен больше.

Расход в технологической карте важнее ориентиров. Если шов пористый при правильном расходе, ищите сквозняк: поток воздуха сдувает газ. Как выбирают газ под материал, разобрано в уроке «Способы сварки».

Полярность

Полярность — к какому полюсу источника подключён электрод. Обратная полярность — плюс на электроде, прямая — минус на электроде.

• MIG/MAG проволокой сплошного сечения — обычно обратная полярность. Она даёт более глубокий провар, чем прямая. Некоторые самозащитные порошковые проволоки требуют прямой полярности — смотрят по паспорту проволоки.
• MMA — полярность указывают в паспорте электрода.
• TIG — сталь, нержавейку, медь и титан варят на постоянном токе, алюминий — на переменном. Полупериод с плюсом на вольфраме разрушает оксидную плёнку, полупериод с минусом прогревает металл и даёт провар.

Погонная энергия

Погонная энергия — сколько тепла дуга вносит в каждый миллиметр шва. От неё зависят свойства шва и околошовной зоны, ширина зоны термического влияния и деформации. Формула и коэффициенты способов — по EN 1011-1.

Пример. MAG, режим условный: U = 24 В, I = 200 А, v = 300 мм/мин.

• Энергия дуги: 24 · 200 · 60 / (300 · 1000) = 0,96 кДж/мм.
• Погонная энергия: 0,8 · 0,96 ≈ 0,77 кДж/мм.
• Тот же ток и напряжение, но скорость упала до 200 мм/мин: 0,8 · 24 · 200 · 60 / (200 · 1000) ≈ 1,15 кДж/мм — в полтора раза больше.

Пересчитать свой режим можно в калькуляторе погонной энергии. Для импульсной сварки погонную энергию считают по мгновенной энергии или мощности, которые показывает источник, а не по средним току и напряжению.

Общее правило: меньше погонная энергия — лучше ударная вязкость и прочность, меньше деформации и остаточные напряжения, уже зона термического влияния. Больше — выше производительность. Допустимый диапазон задаёт технология; для нержавейки и алюминия он особенно важен — об этом урок «Нержавейка и алюминий».

Подогрев и межваликовая температура

Подогрев — нагрев кромок перед сваркой до заданной температуры. Главная его задача на конструкционных сталях — защита от водородных трещин. Против них два правила: меньше водорода в соединении (правильный подогрев и межваликовая температура, сварочные материалы с низким содержанием водорода, чистые кромки) и меньше напряжений (не брать сварочные материалы прочнее, чем нужно, продумать порядок сварки, зазор не больше 3 мм).

Нужен ли подогрев и какой, решает технолог. Он тем выше, чем больше углеродный эквивалент стали и толщина. При разной толщине деталей из одной стали подогрев определяет самая толстая. Для высокопрочных сталей производитель стали советует повышать подогрев при холодном или влажном воздухе, жёстком закреплении и пониженной погонной энергии.

Межваликовая температура — температура металла перед следующим проходом. Её ограничивают снизу (не дать соединению остыть ниже подогрева) и сверху (чтобы перегрев не испортил свойства). Аустенитную нержавейку варят без подогрева и с малой погонной энергией.

Как мерить подогрев:

• нужная температура должна быть в полосе 75 мм по обе стороны от будущего шва;
• после нагрева выждать не меньше 2 минут на каждые 25 мм толщины, потом мерить;
• межваликовую температуру мерить на металле шва в месте начала следующего прохода или рядом на основном металле;
• мерить контактным термометром.

Пробный шов и где взять режим

Режим не придумывают у изделия. Источники в порядке приоритета:

1. Технологическая карта или WPS (спецификация процедуры сварки). В ней ток, напряжение, скорость, газ, присадка, подогрев и межваликовая температура. Если процедура аттестована **проверкой процедуры сварки**, варят в пределах её диапазонов.
2. Паспорт сварочного материала — электрода или проволоки: полярность, диапазон тока, положение, иногда предел погонной энергии.
3. Рекомендации производителя стали — для высокопрочных и износостойких марок, где подогрев зависит от марки и толщины.

Пробный шов варят на пластинах из той же марки и толщины, в том же положении и с той же разделкой. Смотрят форму шва, сплавление по кромкам, отсутствие подрезов и пор, при возможности — провар на изломе или разрезе. Записывают фактические ток, напряжение и скорость — по ним считают погонную энергию.

Что проверить перед сваркой

• Режим взят из технологической карты или паспорта материала, а не «как вчера».
• Полярность соответствует проволоке или электроду; газ и расход — по карте.
• Вылет и скорость, с которыми вы будете варить, совпадают с теми, на которых проверяли режим.
• Подогрев, если он нужен, выполнен и проверен термометром в полосе 75 мм от шва.
• Пробный шов на такой же пластине дал нужную форму без подрезов и несплавлений.